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[期刊] 地理科学进展
[作者]
叶翔宇 李强 郭禹含 梁廖逢 王中根
传统分布式水文模型采用串行计算模式，其计算能力无法满足大规模水文精细化、多要素、多过程耦合模拟的需求，亟需并行计算的支持。进入21世纪后，计算机技术的飞速发展和并行环境的逐步完善，为分布式水文模型并行计算提供了软硬件支撑。论文从并行环境、并行算法2个方面对已有研究进行总结概括，分析了不同并行环境和并行算法的优势与不足，并提出提高模型并行效率的手段，即合理分配进程/线程数缩减通信开销，采用混合并行环境增强模型可扩展性，空间或时空离散化提高模型的可并行性及动态分配计算任务、平衡工作负载等。最后，论文对高性能并行分布式模型的未来研究方向进行展望。
[期刊] 地理科学进展
[作者]
刘军志 朱阿兴 秦承志 陈腊娇 吴辉 江净超
大流域、高分辨率、多过程耦合的分布式水文模拟计算量巨大,传统串行计算技术不能满足其对计算能力的需求,因此需要借助于并行计算的支持。本文首先从空间、时间和子过程三个角度对分布式水文模型的可并行性进行了分析,指出空间分解的方式是分布式水文模型并行计算的首选方式,并从空间分解的角度对水文子过程计算方法和分布式水文模型进行了分类。然后对分布式水文模型的并行计算研究现状进行了总结。其中,在空间分解方式的并行计算方面,现有研究大多以子流域作为并行计算的基本调度单元;在时间角度的并行计算方面,有学者对时空域双重离散的并行计算方法进行了初步研究。最后,从并行算法设计、流域系统综合模拟的并行计算框架和支持并行计算的高性能数据读写方法3个方面讨论了当前存在的关键问题和未来的发展方向。
[期刊] 地理科学进展
[作者]
蔡强国 袁再健 程琴娟 秦杰
随着计算机技术与地理信息系统(GIS)技术的发展,分布式侵蚀产沙模型成为当今土壤侵蚀领域研究重点与发展方向。本文在分析国内外几个主要的分布式侵蚀产沙模型基础上,探讨了分布式侵蚀产沙模型的技术路线与技术实现,最后指出目前我国分布式侵蚀产沙模型研究存在的主要问题:(1)分布式水文模型的深入研究为分布式侵蚀产沙模型提供了不少借鉴,但如何在分布式水文模型的基础上开发侵蚀模块还存在一些问题;(2)目前国内分布式土壤侵蚀模型大都基于黄土高原而得出,模型有一定的局限性;(3)当前的大多侵蚀产沙的关系式(尤其是坡面侵蚀关系式)是经验型的,汇沙的过程考虑得过于简单,没有深入探讨水文与土壤侵蚀之间的关系;(4)目前大多数分布式土壤侵蚀模型没有考虑次暴雨产流的时间变化与空间变化。
[期刊] 自然资源学报
[作者]
王中根 刘昌明 吴险峰
基于DEM的分布式水文模型是数字化时代水文模型发展的主要方向。论文回顾了分布式水文模型30年的发展历史,对国内外分布式水文模型的研究状况做了简要评述。归纳出基于DEM的分布式水文模型的主要特点。在分布式水文模型的构建中,水文单元的划分是一个十分关键的环节,论文重点探讨了3种基于DEM常用的流域离散化方法。在模型结构方面,提出了一个典型的分布式水文模型框架,包括分布式输入模块,单元水文模型和河网汇流模型。在模型参数方面,提出了3种分布式水文模型参数的确定方法。最后,对分布式水文模型存在的几个典型问题进行了分析和讨论
[期刊] 地理科学进展
[作者]
江净超 朱阿兴 秦承志 刘军志 陈腊娇 吴辉
分布式水文模型软件系统作为分布式水文模型的技术外壳,是模型应用的重要技术保障。当前分布式水文模型应用呈现出多过程综合模拟、用户群范围广和计算量大的特点,对分布式水文模型软件系统的灵活性、易用性和高效性提出了更高的要求。本文首先分析了分布式水文模型应用的主要流程,之后从应用视角对现有分布式水文模型软件系统的特点进行了归纳,主要结论为:1软件系统按照模型结构灵活性的高低分为以下3种类型:不支持子过程选择和算法设置,不支持子过程选择、但支持算法设置,同时支持子过程选择和算法设置;2根据用户操作数据预处理软件方式的不同,参数提取方式分为菜单/命令行式和向导式;3按照模型的程序实现方法分为串行和并行方式,按照模型运行环境分为本地和网络模式。现有软件系统在灵活性、易用性和高效性方面存在如下问题:一是尚未解决模型结构灵活性和对用户知识依赖性之间的矛盾;二是现有菜单/命令行式和向导式的参数提取方式步骤繁琐,难以实现参数的自动提取;三是模型大多为串行方式和本地模式,容易遇到计算瓶颈问题。最后从模块化、智能化、网络化及移动化、并行化和虚拟仿真等方面探讨了分布式水文模型软件系统的发展趋势和研究方向。
[期刊] 地理科学进展
[作者]
刘昌明,李道峰,田英,郝芳华,杨桂莲
本文选取空间大尺度黄河河源区流域为研究对象,利用分布式水文模型进行径流量模拟,采用1976～1985年唐乃亥水文站逐年、月实测径流资料进行参数率定,确定模型的基本参数,得到了较好的模拟效果。模拟结果表明气候变化是引起黄河河源区径流变化的主要原因。在80～90年代的20年间,黄河河源区由气候变化引起径流减少62.11亿m3,占径流变化总量的108.72%,由土地覆被变化引起径流增加5.73亿m3,增加量占径流变化总量的10.03%。
[期刊] 地理科学进展
[作者]
杨传国 余钟波 林朝晖 郝振纯
构建大尺度分布式水文模型是当前大气水文模型耦合研究的一项重要内容。本文介绍一种根据1km DEM生成更大网格尺度DEM数据,同时可以保持流域河网信息并减缓高程、坡度等地貌参数信息量衰减速度的有效方法——ZB算法。利用该方法和常规的网格平均法生成黄河唐乃亥以上流域的5km、10km、15km和20km两套DEM数据,分别提取高程、坡度、地形指数、河网密度、主河道长度、流域面积等流域特征参数,并与1km DEM提取的上述参数进行比较,对两种方法作出评价。结果显示,随着网格尺度的增大,ZB算法获得的DEM数据可以保持河网的连续性,提取出合理的流域范围,减缓地形信息量的衰减速度。该方法满足构建大尺度分布式水文模型提取数字流域的需要。
[期刊] 长江流域资源与环境
[作者]
黄胜晔 王腊春 陈晓玲 霍雨
鄱阳湖湖区属于平原水网区,水文观测和水文计算都存在困难。在充分考虑鄱阳湖湖区地形地貌和水文特征的基础上,将湖区下垫面分4种类型计算产流,并针对山丘区和平原区提出不同的汇流计算方法,建立基于平原水网区的半分布式水文模型模拟水文过程。利用湖区博阳河小流域1982、1985和1986年资料对模型参数进行率定与验证,结果达到精度要求。率定参数经地形修正后用于湖区水文模拟,计算了湖区洪水年1983年和枯水年1986年径流过程,得到模拟年份年径流系数分别为0.57和0.46,湖区全年产水量占鄱阳湖全流域入湖总水量的比重为13.21%和13.14%,模拟结果合理。构建的半分布式水文模型结构简单,物理意义明确...
[期刊] 地理科学进展
[作者]
王中根,刘昌明,左其亭,刘青娥
基于 DEM的分布式水文模型是现代水文学同高科技 (如计算机技术、 3S技术等 )相结合的产物 ,是研究变化环境下水文循环与水资源演化规律的理想工具 ,代表了水文模型的最新发展方向。从 DEM的特性出发 ,本文探讨并总结了分布式水文模型的特点、建模思路和模型基本结构框图。在流域离散化方面 ,重点介绍了分布式水文模型常用的三种单元划分方法 ;最后 ,针对分布式水文模型构建问题 ,从“输入模块”、“单元水文模型”、“河网汇流模型”三方面 ,阐述了分布式水文模型微结构构建方法。
[期刊] 长江流域资源与环境
[作者]
龙海峰 熊立华 万民
基于清江上游水布垭区域的数字高程模型(DEM)数据,提取出了研究区域水系、勾画了研究区域边界,并计算了研究区域地形指数分布。采用基于数字高程模型(DEM)的分布式水文模型(DDRM)来进行降雨-径流模拟。在Nash-Sutcliffe效率系数、洪峰相对误差、径流深相对误差等方面对基于DEM的分布式水文模型和三水源新安江模型进行了比较分析。结果表明:在径流深模拟方面新安江模型略好于DDRM,在洪峰流量及峰现时间方面DDRM略好于新安江模型,模拟的Nash-Sutcliffe效率系数两者相当,总体上基于DEM的分布式水文模型和三水源新安江模型模拟效果相当。基于DEM的分布式水文模型与三水源新安江模...
[期刊] 长江流域资源与环境
[作者]
孙占东 黄群 Lotz Tom
流域出口径流观测序列是水文模型参数率定重要依据,不受水文站控制区域的模型应用是水文研究关注点之一。首先根据水文站观测资料建立洞庭湖流域四水控制站之上基于水文响应单元的分布式水文模型,在此基础上结合实验、同质移植和虚拟水库等方法,将分布式水文模型拓展到包含无径流站控制区域的丘陵区间和平原圩垸区,最终实现了洞庭湖全流域水文过程模拟。结果表明:在较完备土壤、地形、土地利用等空间数据支持下,通过合理的流域划分和水文响应单元定义,建立的流域分布式水文模型可以较好地在水文响应单元尺度反应降水发生后蒸散、地表径流、土壤和地下水的响应特征。而基于观测实验及基流分割等方法获取的关键水文过程特征对模型参数优化的认...
[期刊] 林业科学研究
[作者]
于澎涛
在探讨森林水文模型发展历史的基础上 ,着重分析了分布式水文模型的理论基础、类型和特点。与传统的集总式模型相比 ,分布式水文模型考虑了流域内部各地理要素的空间异质性 ,可以反映流域内部水文过程的时空变化 ,从而更加准确地预测自然和人为因素对流域水资源和水环境的影响 ,为流域的科学管理提供可靠的决策依据。景观生态学可以作为分布式模型进一步发展的理论基础 ,地理信息系统 (GIS)技术可以为分布式模型的实现提供技术支持 ,在此基础上 ,分布式水文模型有望解决森林水文学中长期面临的尺度转换问题
[期刊] 自然资源学报
[作者]
王中根 夏军 刘昌明 欧春平 张永勇
参数率定与敏感性分析是分布式水文模型应用和发展中的难点问题,论文对当前典型的、应用比较成功的全局最优化参数率定和敏感性分析方法进行归纳和分析,包括:遗传算法(Genetic Algorithm)、SCE-UA算法(Shuffled Complex Evolution)、贝叶斯方法(Bayesian Method)、RSA方法(Regionalized Sensitivity Analysis)、GLUE方法(Generalized Likelihood Uncertainty Estimation)等等。并对计算机自动优化方法和人工参数调试方法的利弊进行讨论,展望了分布式水文模型的参数率定与敏...
[期刊] 自然资源学报
[作者]
贾仰文 王浩 王建华 罗翔宇 周祖昊 严登华 秦大庸
研究目的是开发和验证大流域分布式水文模型,为黄河流域水资源评价和演化规律分析服务。在综合了分布式水文模型和陆面过程模型各自优点的基础上,开发出模拟对象为“天然—人工”二元水循环系统的WEP-L模型。该模型以“子流域内等高带”为计算单元,并用“马赛克”法考虑计算单元内土地覆被的多样性,避免了采用过粗网格单元产生的模拟失真问题。针对各水循环要素过程时间尺度不同的特点,计算时采用了1h至1d的“变时间步长”,既合理表述了水循环动力学机制又提高了计算效率。将全黄河流域划分为具有空间拓扑关系的8485个子流域和38720个等高带,采用45年(1956～2000年)水文气象系列数据及相应下垫面条件进行了模...
[期刊] 长江流域资源与环境
[作者]
李云良 张奇 李相虎
以鄱阳湖流域为研究区,构建其分布式水文模型WATLAC。以鄱阳湖流域6个水文站点2000～2005年河道径流量及地下水基流指数为多目标函数来优化耦合模型,采用PEST进行WATLAC模型参数自动率定。结果表明:6个水文站点拟合的纳希效率系数变化范围为0.71～0.84,确定性系数介于0.70～0.88,取得较好的模拟效果。基于遥感反演的实际蒸散发结果进一步验证模型,模拟值和遥感反演值在时间和空间上的变化趋势呈现较好一致性。基于地下水位及流场特征模拟效果的定性评价,表明地下水位模拟空间趋势性较好,水位与地面高程的空间变化一致,地下水主要以下游平原区和河道为主要排泄区,符合大尺度流域地下水流运动基...
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